多执行器动态控制分配的理论及算法研究

本项目以工程中具有冗余执行机构的系统为研究对象，研究其在多通道控制配置下的输入动态配合与协调控制问题。主要研究内容包括：复杂多约束、多准则下控制系统设计、分析与优化的理论及算法研究；基于非线性优化模型及执行器动态特性，能处理多种约束、快速、实时的动态控制分配算法实现；具有参数不确定性的鲁棒控制分配算法；输入动态分配对系统稳定性和鲁棒性影响的理论分析及鲁棒控制设计方法。采用理论研究和仿真实验相结合的方法，针对本项目提出的关键技术问题，进行理论分析与算法设计，并在数字仿真平台上验证，为解决具有不同类型多执行机构的复杂运动体控制提供理论框架和设计方法。

本项目以具有冗余执行机构的系统为研究对象，建立了多输入控制分配与协调控制的系列结果。项目的主要进展和取得的成果有：①对具有多输入通道的控制系统，提出了系统参数具有不确定性时的鲁棒控制分配算法，分析了冗余输入对系统性能的影响，给出了定性和定量分析的结果；②研究了系统存在执行器故障时的控制分配与控制器重构相结合的容错控制问题，给出了控制再分配算法，以及通过故障估计进行控制器参数重构的设计方法；③研究了关联约束条件下时间最优、二次型性能最优控制问题，建立了关联约束下正常性、最优解存在性等基本结果，给出了性能指标随控制通道数量增加而严格下降的充分必要条件；④研究了执行器或元部件发生故障时的故障诊断与容错控制问题，给出了基于模型/数据驱动的故障诊断和容错控制方法。进一步研究了带有扰动的非线性系统故障诊断问题，建立了基于输入输出理论的非线性系统故障诊断设计方法。⑤针对工程系统中对在线故障诊断和控制器参数重构的实时性要求，建立了在线求解非线性方程的快速数值算法，与现有算法相比，在收敛速度和鲁棒性上均有显著提高。本项目的成果可为空天飞行器等具有冗余执行机构的复杂运动体控制提供理论依据和设计方法。